JP6667601B1 - Power converter - Google Patents
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Abstract
【課題】低コストおよび小型の電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は、インバータ用上アームとインバータ用下アームとが直列に接続された状態で絶縁性樹脂により封止された6つの半導体モジュール10U、10V、10W、20U、20V、20Wを備える。6つの半導体モジュールは、直列に接続された上記インバータ用上アームと上記インバータ用下アームとの配列方向に互いに離れて、かつ、当該配列方向と直交する方向に互いに離れて、2列3行に配列されている。温度センサ9は、2列3行に配列された上記6つの半導体モジュールの列間と行間との2つの交差領域のそれぞれに配置されている。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-cost and small-sized power conversion device. SOLUTION: The power conversion device includes six semiconductor modules 10U, 10V, 10W, 20U, 20V, 20W sealed with an insulating resin in a state where an inverter upper arm and an inverter lower arm are connected in series. Equipped with. The six semiconductor modules are separated from each other in the arrangement direction of the inverter upper arm and the inverter lower arm, which are connected in series, and are separated from each other in a direction orthogonal to the arrangement direction in two columns and three rows. It is arranged. The temperature sensor 9 is arranged in each of two intersecting regions between the columns and the rows of the above six semiconductor modules arranged in two columns and three rows. [Selection diagram] FIG.
Description
この発明は、二重三相モータの給電用として使用される電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device used for supplying power to a double three-phase motor.
従来の電力変換装置では、基板と、制御部品と、パワー部品と、筐体と、複数の半導体素子と、を備える。基板は、制御領域と、パワー領域と、を備える。制御部品は、基板の制御領域に実装される。パワー部品は、基板のパワー領域に実装される。基板は、筐体の底部から突出した基板固定部に固定される。放熱部が、筐体に取り付けられた基板のパワー領域と相対するように、筐体の底部から突出されている。半導体素子は、放熱部の隣り合う外側面に2つずつ取り付けられている。これにより、放熱部が半導体素子とパワー部品との間に配置されることになり、半導体素子とパワー部品との間の熱干渉が抑制され、放熱性を向上させている(例えば、特許文献1参照)。 A conventional power conversion device includes a substrate, a control component, a power component, a housing, and a plurality of semiconductor elements. The substrate includes a control area and a power area. The control component is mounted on a control area of the board. The power component is mounted on a power area of the board. The substrate is fixed to a substrate fixing portion protruding from the bottom of the housing. The heat radiating portion protrudes from the bottom of the housing so as to face the power region of the board attached to the housing. Two semiconductor elements are attached to the outer side surface adjacent to the heat radiating portion. As a result, the heat radiating portion is disposed between the semiconductor element and the power component, so that thermal interference between the semiconductor element and the power component is suppressed, and heat radiation is improved (for example, see Patent Document 1). reference).
近年、この種の電力変換装置においては、半導体モジュールの過度の温度上昇を防止するために、半導体モジュールの温度をサーミスタなどにより検出し、検出温度に基づいて半導体モジュールの温度を制御する手法がとられている。 In recent years, in this type of power converter, in order to prevent an excessive rise in temperature of the semiconductor module, a method of detecting the temperature of the semiconductor module with a thermistor or the like and controlling the temperature of the semiconductor module based on the detected temperature has been adopted. Have been.
従来の電力変換装置では、放熱部を半導体素子とパワー部品との間に配置することにより、放熱性を向上させている。そこで、従来の電力変換装置において、サーミスタを用いて半導体素子の温度を検出しようとすると、放熱部の隣り合う外側面のそれぞれにサーミスタを配置して、半導体素子の温度を検出することになる。この場合、1つのサーミスタは、外側面に配置された2つの半導体素子の温度のみを検出することになる。 In a conventional power converter, heat dissipation is improved by disposing a heat dissipation portion between a semiconductor element and a power component. Therefore, in the conventional power converter, if it is attempted to detect the temperature of the semiconductor element using a thermistor, the thermistor is arranged on each of the outer surfaces adjacent to the heat radiating portion, and the temperature of the semiconductor element is detected. In this case, one thermistor detects only the temperatures of the two semiconductor elements arranged on the outer surface.
また、従来の電力変換装置は、二相モータの給電用として用いられている。そこで、従来の電力変換装置を、二相モータに比べて回転が滑らかな三相モータの給電用とした場合、6つの半導体素子を備えることになる。6つの半導体素子は、放熱部の隣り合う3つの外側面に2つずつ取り付けられる。サーミスタは、外側面のそれぞれに1つずつ配置され、2つの半導体素子の温度のみを検出することになる。すなわち、3つのサーミスタが必要となる。 Further, a conventional power converter is used for power supply of a two-phase motor. Therefore, when the conventional power converter is used for supplying power to a three-phase motor whose rotation is smoother than that of a two-phase motor, six power semiconductor devices are provided. The six semiconductor elements are mounted two on each of the three outer surfaces adjacent to the heat radiating portion. One thermistor is disposed on each of the outer surfaces, and detects only the temperatures of two semiconductor elements. That is, three thermistors are required.
また、近年、自動車走行安全性の観点から、システムの冗長化のニーズが高まっており、電動パワーステアリング装置、電動ブレーキ用モータなどにおいては、巻線を二重化する手法が提案されている。 In recent years, from the viewpoint of vehicle driving safety, the need for system redundancy has been increasing, and in electric power steering devices, electric brake motors, and the like, a method of duplicating windings has been proposed.
そこで、従来の電力変換装置が三相巻線を二重化するモータの給電用として適用された場合、半導体素子の個数は12個となり、6つのサーミスタが必要となる。これにより、サーミスタの個数が多くなり、サーミスタの配置面積が大きくなるので、小型化が図れなくなる。 Therefore, when the conventional power converter is applied for supplying power to a motor having three-phase windings, the number of semiconductor elements becomes 12, and six thermistors are required. As a result, the number of thermistors increases and the arrangement area of the thermistors increases, so that miniaturization cannot be achieved.
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、小型の電力変換装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and has as its object to obtain a small-sized power converter.
この発明による電力変換装置は、インバータ用上アームとインバータ用下アームとが直列に接続された状態で絶縁性樹脂により封止された6つの半導体モジュールを備え、上記6つの半導体モジュールは、直列に接続された上記インバータ用上アームと上記インバータ用下アームとの配列方向である列方向に互いに離れて、かつ当該配列方向と直交する方向である行方向に互いに離れて、2列3行に配列され、温度センサが、2列3行に配列された上記6つの半導体モジュールの列間と行間との2つの交差領域のそれぞれに配置されている。 A power conversion device according to the present invention includes six semiconductor modules sealed with an insulating resin in a state where an inverter upper arm and an inverter lower arm are connected in series, and the six semiconductor modules are connected in series. The connected upper arm for inverter and the lower arm for inverter are separated from each other in a column direction which is an arrangement direction and are separated from each other in a row direction which is a direction orthogonal to the arrangement direction, and are arranged in two columns and three rows. The temperature sensors are arranged in each of two intersecting regions between the columns and the rows of the six semiconductor modules arranged in two columns and three rows.
この発明によれば、2つの温度センサで6つの半導体モジュールの温度を検出することができるので、温度センサの個数が削減され、小型化が図られる。 According to the present invention, since the temperatures of the six semiconductor modules can be detected by the two temperature sensors, the number of the temperature sensors is reduced, and the size is reduced.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置の主要回路図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a main circuit diagram of a power converter according to Embodiment 1 of the present invention.
図1において、電力変換装置100は、電力を制御するためのスイッチング回路を有する装置である。例えば、電動車両に搭載されているモータ駆動用インバータ、高電圧から低電圧に変換する降圧コンバータ、外部電源設備に接続して車載電池を充電する充電器などの電動パワーコンポーネントが、この電力変換装置100に該当する。
In FIG. 1, a
モータ1は、U1、V1、W1の相コイルをY結線した第1三相巻線2と、U2、V2、W2の相コイルをY結線した第2三相巻線3と、を有する二重三相モータである。 The motor 1 includes a first three-phase winding 2 in which phase coils U1, V1, and W1 are Y-connected, and a second three-phase winding 3 in which phase coils U2, V2, and W2 are Y-connected. It is a three-phase motor.
インバータ4は、第1三相巻線2の給電用としての第1インバータ5と、第2三相巻線3の給電用としての第2インバータ6と、を有する。
The inverter 4 has a first inverter 5 for supplying power to the first three-phase winding 2 and a second inverter 6 for supplying power to the second three-
第1インバータ5は、U1相上アーム11U1と、U1相下アーム12U1と、V1相上アーム13V1と、V1相下アーム14V1と、W1相上アーム15W1と、W1相下アーム16W1とが、ブリッジ接続されて構成されている。U1相上アーム11U1とU1相下アーム12U1との接続部がU1の相コイルの給電端に接続されている。V1相上アーム13V1とV1相下アーム14V1との接続部がV1の相コイルの給電端に接続されている。W1相上アーム15W1とW1相下アーム16W1との接続部がW1の相コイルの給電端に接続されている。平滑コンデンサ7が、第1インバータ5に並列に接続されている。
The first inverter 5 includes a U1-phase upper arm 11U1, a U1-phase lower arm 12U1, a V1-phase upper arm 13V1, a V1-phase lower arm 14V1, a W1-phase upper arm 15W1, and a W1-phase lower arm 16W1, Connected and configured. The connection between the U1 phase upper arm 11U1 and the U1 phase lower arm 12U1 is connected to the power supply end of the U1 phase coil. The connection between the V1 phase upper arm 13V1 and the V1 phase lower arm 14V1 is connected to the power supply terminal of the V1 phase coil. The connection between the W1-phase upper arm 15W1 and the W1-phase lower arm 16W1 is connected to the power supply end of the W1 phase coil. A
第2インバータ6は、U2相上アーム21U2と、U2相下アーム22U2と、V2相上アーム23V2と、V2相下アーム24V2と、W2相上アーム25W2と、W2相下アーム26W2とが、ブリッジ接続されて構成されている。U2相上アーム21U2とU2相下アーム22U2との接続部がU2の相コイルの給電端に接続されている。V2相上アーム23V2とV2相下アーム24V2との接続部がV2の相コイルの給電端に接続されている。W2相上アーム25W2とW2相下アーム26W2との接続部がW2の相コイルの給電端に接続されている。平滑コンデンサ7が、第2インバータ6に並列に接続されている。
The second inverter 6 includes a U2-phase upper arm 21U2, a U2-phase lower arm 22U2, a V2-phase upper arm 23V2, a V2-phase lower arm 24V2, a W2-phase upper arm 25W2, and a W2-phase lower arm 26W2, which form a bridge. Connected and configured. The connection between the U2 phase upper arm 21U2 and the U2 phase lower arm 22U2 is connected to the power supply end of the U2 phase coil. The connection between the V2 phase upper arm 23V2 and the V2 phase lower arm 24V2 is connected to the power supply terminal of the V2 phase coil. The connection between the W2-phase upper arm 25W2 and the W2-phase lower arm 26W2 is connected to the power supply end of the W2 phase coil. A
ここで、各アームは、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの半導体スイッチング素子である。U1相上アーム11U1、V1相上アーム13V1およびW1相上アーム15W1が第1インバータ用上アームである。U1相下アーム12U1、V1相下アーム14V1およびW1相下アーム16W1が第1インバータ用下アームである。U2相上アーム21U2、V2相上アーム23V2およびW2相上アーム25W2が第2インバータ用上アームである。U2相下アーム22U2、V2相下アーム24V2およびW2相下アーム26W2が第2インバータ用下アームである。 Here, each arm is a semiconductor switching element such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). The U1-phase upper arm 11U1, the V1-phase upper arm 13V1, and the W1-phase upper arm 15W1 are the first inverter upper arms. The U1-phase lower arm 12U1, the V1-phase lower arm 14V1, and the W1-phase lower arm 16W1 are the first inverter lower arms. The U2-phase upper arm 21U2, the V2-phase upper arm 23V2, and the W2-phase upper arm 25W2 are the second inverter upper arms. The U2-phase lower arm 22U2, the V2-phase lower arm 24V2, and the W2-phase lower arm 26W2 are lower arms for the second inverter.
ここで、電力変換装置の動作について説明する。電力変換装置は、図示されていないが、第1インバータ5および第2インバータ6の各アームのスイッチングを制御する制御装置を備える、バッテリ8は、端子電圧が12V又は48Vの車載用バッテリである。そして、バッテリ8の端子電圧がバスバーを介して第1インバータ5および第2インバータ6に供給される。制御装置は、第1インバータ5および第2インバータ6の各アームのスイッチングを制御する。バッテリ8の直流は、第1インバータ5および第2インバータ6により交流に変換されて、第1三相巻線2および第2三相巻線3に供給される。これにより、モータ1が回転駆動される。
Here, the operation of the power converter will be described. Although not shown, the power conversion device includes a control device that controls switching of each arm of the first inverter 5 and the second inverter 6. The battery 8 is a vehicle-mounted battery having a terminal voltage of 12 V or 48 V. Then, the terminal voltage of the battery 8 is supplied to the first inverter 5 and the second inverter 6 via the bus bar. The control device controls switching of each arm of the first inverter 5 and the second inverter 6. The DC of the battery 8 is converted to AC by the first inverter 5 and the second inverter 6 and supplied to the first three-phase winding 2 and the second three-
つぎに、電力変換装置100における半導体モジュールの取付構造について図2を参照しつつ説明する。図2は、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置の要部を示す斜視図である。
Next, the mounting structure of the semiconductor module in the
電力変換装置100では、直列接続されたU1相上アーム11U1とU1相下アーム12U1とが絶縁性樹脂により封止されて、2in1タイプの半導体モジュール10Uとなっている。直列接続されたV1相上アーム13V1とV1相下アーム14V1とが絶縁性樹脂により封止されて、2in1タイプの半導体モジュール10Vとなっている。直列接続されたW1相上アーム15W1とW1相下アーム16W1とが絶縁性樹脂により封止されて、2in1タイプの半導体モジュール10Wとなっている。直列接続されたU2相上アーム21U2とU2相下アーム22U2とが絶縁性樹脂により封止されて、2in1タイプの半導体モジュール20Uとなっている。直列接続されたV2相上アーム23V2とV2相下アーム24V2とが絶縁性樹脂により封止されて、2in1タイプの半導体モジュール20Vとなっている。直列接続されたW2相上アーム25W2とW2相下アーム26W2とが絶縁性樹脂により封止されて、2in1タイプの半導体モジュール20Wとなっている。
In the
半導体モジュール10Uは、矩形平板状に形成されている。U1相上アーム11U1とU1相下アーム12U1とが、半導体モジュール10Uの長さ方向に1列に並んで半導体モジュール10U内に収容されている。U1相上アーム11U1のソースとU1相下アーム12U1のドレインとの接続部に電気的に接続された出力端子10oが、半導体モジュール10Uの一方の側面から突出している。U1相上アーム11U1およびU1相下アーム12U1のゲートに電気的に接続された信号端子10sが、半導体モジュール10Uの一方の側面から突出している。これらの端子は、半導体モジュール10Uから突出した後、直角に曲げられて、半導体モジュール10Uの上面側に延び出ている。U1相上アーム11U1のドレインに電気的に接続された電源端子10eおよびU1相下アーム12U1のソースに電気的に接続されたマイナス側端子10gは、半導体モジュール10Uの他方の側面から突出した後、直角に曲げられて、半導体モジュール10Uの上面側に延び出ている。
なお、半導体モジュール10V,10Wは、半導体モジュール10Uと同様に構成されているので、その説明は省略する。
The semiconductor module 10U is formed in a rectangular flat plate shape. The U1-phase upper arm 11U1 and the U1-phase lower arm 12U1 are housed in the semiconductor module 10U in a line in the length direction of the semiconductor module 10U. An output terminal 10o electrically connected to a connection between the source of the U1 phase upper arm 11U1 and the drain of the U1 phase lower arm 12U1 protrudes from one side surface of the semiconductor module 10U. A signal terminal 10s electrically connected to the gates of the U1 phase upper arm 11U1 and the U1 phase lower arm 12U1 protrudes from one side surface of the semiconductor module 10U. These terminals protrude from the semiconductor module 10U, are bent at a right angle, and extend to the upper surface side of the semiconductor module 10U. The
Note that the
半導体モジュール20Uは、矩形平板状に形成されている。U2相上アーム21U2とU2相下アーム22U2とが、半導体モジュール20Uの長さ方向に1列に並んで半導体モジュール20U内に収容されている。U2相上アーム21U2のソースとU2相下アーム22U2のドレインとの接続部に電気的に接続された出力端子20oが、半導体モジュール10Uの他方の側面から突出している。U2相上アーム21U2およびU2相下アーム22U2のゲートに電気的に接続された信号端子20sが、半導体モジュール20Uの他方の側面から突出している。これらの端子は、半導体モジュール20Uから突出した後、直角に曲げられて、半導体モジュール20Uの上面側に延び出ている。U2相上アーム21U2のドレインに電気的に接続された電源端子20eおよびU2相下アーム22U2のソースに電気的に接続されたマイナス側端子20gは、半導体モジュール20Uの一方の側面から突出した後、直角に曲げられて、半導体モジュール20Uの上面側に延び出ている。
なお、半導体モジュール20V,20Wは、半導体モジュール20Uと同様に構成されているので、その説明は省略する。
The semiconductor module 20U is formed in a rectangular flat plate shape. The U2-phase upper arm 21U2 and the U2-phase lower arm 22U2 are accommodated in the semiconductor module 20U in a line in the length direction of the semiconductor module 20U. An output terminal 20o electrically connected to a connection between the source of the U2-phase upper arm 21U2 and the drain of the U2-phase lower arm 22U2 protrudes from the other side surface of the semiconductor module 10U. A signal terminal 20s electrically connected to the gates of the U2-phase upper arm 21U2 and the U2-phase lower arm 22U2 protrudes from the other side surface of the semiconductor module 20U. These terminals protrude from the semiconductor module 20U, are bent at a right angle, and extend to the upper surface side of the semiconductor module 20U. The
Note that the
ヒートシンク30は、銅、アルミなどの良熱伝導材料を用いて作製され、矩形平板状の基部30aと、基部30aの裏面から垂直に突出して、一定のピッチで複数配列された薄肉の放熱フィン30bと、を備える。
The
半導体モジュール10U,10V,10Wは、下面を基部30aに向けて、モジュールの長さ方向を一致させて、かつモジュール間に隙間を確保して、基部30aの長さ方向に1列に並んで、基部30aの固定面である表面上に配置される。半導体モジュール10U,10V,10Wは、信号端子10sおよび出力端子10oを基部30aの幅方向一側に向けて、基部30aの表面上の幅方向一側の領域に配置される。1列目に配列された半導体モジュール10U,10V、10Wのうちの隣り合う半導体モジュール10U,10Vは、ねじ31により基部30aに締め付け固定された第1板ばね32aの弾性力により、基部30aに固定される。1列目に配列された半導体モジュール10U,10V、10Wのうちの残る半導体モジュール10Wは、ねじ31により基部30aに締め付け固定された第2板ばね32bの弾性力により、基部30aに固定される。なお、第1板ばね32a、第2板ばね32bおよびねじ31が固定部材である。
The
半導体モジュール20U,20V,20Wは、下面を基部30aに向けて、モジュールの長さ方向を一致させて、かつモジュール間に隙間を確保して、基部30aの長さ方向に1列に並んで、基部30aの表面上に配置される。半導体モジュール20U,20V,20Wは、信号端子20sおよび出力端子20oを基部30aの幅方向他側に向けて、基部30aの表面上の幅方向他側の領域に配置される。2列目に配列された半導体モジュール20U,20V、20Wのうちの隣り合う半導体モジュール20U,20Vは、ねじ31により基部30aに締め付け固定された第1板ばね32aの弾性力により、基部30aに固定される。2列目に配列された半導体モジュール20U,20V、20Wのうちの残る半導体モジュール20Wは、ねじ31により基部30aに締め付け固定された第2板ばね32bの弾性力により、基部30aに固定される。
The
半導体モジュール10U,10V,10Wと半導体モジュール20U,20V,20Wとは、基部30aの幅方向に離れて、同相のモジュール同士が基部30aの幅方向に相対して、基部30aに表面上に2列に平行に配列されている。すなわち、半導体モジュール10U,10V,10Wと半導体モジュール20U,20V,20Wとは、直列に接続された上アームと下アームとの配列方向に互いに離れて、かつ当該配列方向と直交する方向に互いに離れて、基部30aの表面上に2列3行に配列されている。そして、温度センサであるサーミスタ9は、2列3行に配列された半導体モジュール10U,10V,10W、20U,20V,20Wの列間と行間との2つの交差領域のそれぞれに、ねじ33により基部30aに締め付け固定されている。なお、ねじ33が固定部材である。
The
サーミスタ9の端子、および半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wの信号端子10s、20sは、制御装置に接続される。電源端子10e,20eおよびマイナス側端子10g,20gは、バッテリ8にバスバーなどを介して電気的に接続される。さらに、出力端子10o,20oは、モータ1の第1三相巻線2および第2三相巻線3の給電端子にバスバーなどを介して電気的に接続される。
The terminals of the
ここで、図示されていないが、半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wは、セラミック製の絶縁基板、グリースを介してヒートシンク30の基部30aの表面上に配置されている。また、ねじ31,33、第1板ばね32a、第2板ばね32bおよびサーミスタ9は、2列3行に配列された半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wの外形境界線内に配置されている。なお、外形境界線とは、ヒートシンク30の基部30aの表面に垂直な方向から見たときに、2列3行に配列された半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wの外周部を結んだ長方形の線である。
Here, although not shown, the
このように構成された電力変換装置100は、半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wの電源端子10e,20e、マイナス側端子10g,20g、出力端子10oおよび信号端子10s,20sの延び出し方向が、放熱フィン30bのヒートシンク30の裏面からの突出方向と平行、かつ逆方向となっている。そして、放熱フィン30bの突出方向が天方向を向くように設置される。半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wで発生した熱は、基部30aを介して放熱フィン30bに伝達される。そして、放熱フィン30bに伝達された熱は、放熱フィン30b間を流通する空気との間で熱交換される。これにより、半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wで発生した熱が、効果的に放熱される。
The
実施の形態1によれば、2in1タイプの半導体モジュール10U,10V,10Wが、直列に接続された上アームと下アームとの配列方向に1列に並んで、かつ互いに離れて配置された第1インバータ5と、2in1タイプの半導体モジュール20U,20V,20Wが、直列に接続された上アームと下アームとの配列方向に1列に並んで、かつ互いに離れて配置された第2インバータ6と、を備える。第1インバータ5と第2インバータ6とは、同相の半導体モジュールが互いに離れて、かつ相対して、2列3行に配列されてヒートシンク30の基部30aの表面上に設置されている。さらに、サーミスタ9は、2列3行に配列された半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wの列間と行間との2つの交差領域のそれぞれに設置されている。これにより、1つのサーミスタ9は、半導体モジュール10U,10V,20U,20Vの4相の温度を検出することができる。もう1つのサーミスタ9は、半導体モジュール10V,10W,20V,20Wの4相の温度を検出することができる。したがって、電力変換装置100を二重三相のモータ1の給電用として適用しても、サーミスタ9の個数が2つですみ、小型化が図られるとともに、低コスト化が図られる。
According to the first embodiment, the first 2-in-1
サーミスタ9は、4つの半導体モジュール10U,10V,20U,20V、又は半導体モジュール10V,10W,20V,20Wに囲まれた領域内に設置される。これにより、上アームおよび下アームを構成する半導体スイッチング素子の温度とサーミスタ9による検出温度との差が少なくなり、過熱保護時の温度マージンを減らすことができる。さらに、半導体スイッチング素子自身の小型化が可能となり、低コスト化が図られる。さらに、サーミスタ9の大きさに合わせて、2列3行に配列された第1インバータ5および第2インバータ6の列間および行間のスペースを調整できる。これにより、サーミスタ9の設置スペースを最適化でき、小型化が図られる。
The
第1板ばね32aは、2つの半導体モジュール10U,10Vおよび2つの半導体モジュール20U,20Vのそれぞれを基部30aに固定しているので、部品点数を削減できる。
The
なお、上記実施の形態1では、サーミスタ9がねじ33によりヒートシンク30の基部30aに締め付け固定されているが、サーミスタ9は、溶接により基部30aに固定されてもよい。さらに、サーミスタ9は、半導体モジュールと同様に、板ばねとねじとにより固定されてもよい。
また、上記実施の形態1では、第1板ばね32a、第2板ばね32bおよびねじ31を半導体モジュールの固定部材として用いているが、半導体モジュールの固定手段は、これに限定されず、例えば、皿ばねとねじとを用いてもよい。
また、上記実施の形態1では、同相の半導体モジュール同士、例えば半導体モジュール10U,20Uが列間で相対するように、6つの半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wが2列3行に配列されているが、異なる相の半導体モジュールが列間で相対するように、6つの半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wが2列3行に配列されてもよい。
In the first embodiment, the
Further, in the first embodiment, the
In the first embodiment, the six
また、上記実施の形態1では、2in1タイプの半導体モジュールを用いているが、6in1タイプの半導体モジュールを用いてもよい。6in1タイプの第1半導体モジュールは、3相の直列に接続された第1インバータ用上アームと第1インバータ用下アームとが、直列接続された第1インバータ用上アームと第1インバータ用下アームとの配列方向に1列に並んで、かつ互いに離れて配置され、絶縁性樹脂により封止されて構成され、第1インバータとなる。6in1タイプの第2半導体モジュールは、3相の直列に接続された第2インバータ用上アームと第2インバータ用下アームとが、直列接続された第2インバータ用上アームと第2インバータ用下アームとの配列方向に1列に並んで、かつ互いに離れて配置され、絶縁性樹脂により封止されて構成され、第2インバータとなる。このように構成された第1インバータおよび第2インバータは、互いに離れて平行に並んで、ヒートシンク30の基部30aの表面上に2列に設置される。すなわち、6つの直列に接続された上アームと下アームとが、2列3行に配列されて、ヒートシンク30の基部30aの表面上に設置される。そして、サーミスタ9が、2列3行に配列された直列接続された上アームと下アームとの列間と行間との2つの交差領域のそれぞれに設置される。
In the first embodiment, a 2-in-1 type semiconductor module is used, but a 6-in-1 type semiconductor module may be used. The 6-in-1 type first semiconductor module is a first inverter upper arm and a first inverter lower arm having a three-phase serially connected first inverter upper arm and first inverter lower arm connected in series. Are arranged in a line in the arrangement direction of the above and separated from each other, are sealed with an insulating resin, and constitute a first inverter. The 6in1 type second semiconductor module is a second inverter upper arm and a second inverter lower arm in which a three-phase serially connected second inverter upper arm and a second inverter lower arm are connected in series. Are arranged in a line in the arrangement direction of and with a distance from each other, are sealed with an insulating resin, and constitute a second inverter. The first inverter and the second inverter configured as described above are arranged in parallel at a distance from each other, and are arranged in two rows on the surface of the base 30 a of the
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2に係る電力変換装置の第2インバータ周りを示す要部断面図である。
Embodiment 2 FIG.
FIG. 3 is a fragmentary cross-sectional view showing the periphery of the second inverter of the power conversion device according to Embodiment 2 of the present invention.
図3において、電源ライン38およびグランドライン39が絶縁基板40の両面に形成されている。電源ライン38およびグランドライン39は、銅板をプレス成形したバスバーである。絶縁基板40は、半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wの基部30aと反対側に配置される。そして、半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wの電源端子10e,20eおよびマイナス側端子10g,20gが、電源ライン38およびグランドライン39に、TIG(Tungsten Inert Gas)溶接、半田接合などにより電気的に接続される。平滑コンデンサ7から引き出された端子7aが、絶縁基板40の半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wと反対側から電源ライン38およびグランドライン39に、TIG溶接、半田接合などにより電気的に接続される。
3, a
ここで、半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wから突出する電源端子10e,20eおよびマイナス側端子10g,20gの延び出し方向が、平滑コンデンサ7から突出する端子7aの延び出し方向と一致している場合の平滑コンデンサ7の配置について検討する。この場合、まず、基部30aの大面積化が必要となる。平滑コンデンサ収納穴が、基部30aの半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wの設置領域の外側に形成される。そして、平滑コンデンサ7が、端子7aの延び出し方向を上方に向けて、平滑コンデンサ収納穴内に収納される。さらに、絶縁基板40が、半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wおよび平滑コンデンサ7の上部に設置される。そして、半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wの電源端子10e,20eおよびマイナス側端子10g、20gが電源ライン38およびグランドライン39に、TIG溶接、半田接合などにより電気的に接続される。さらに、平滑コンデンサ7の端子7aが電源ライン38およびグランドライン39にTIG溶接、半田接合などにより電気的に接続される。その結果、半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wと平滑コンデンサ7とが、基部30aの表面の面方向に並んで設置され、電力変換装置の大型化をもたらす。
Here, the extending directions of the
実施の形態2では、半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wから突出した電源端子10e,20eおよびマイナス側端子10g,20gの延び出し方向が、平滑コンデンサ7から突出した端子7aの延び出し方向と対向している。そこで、半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wと平滑コンデンサ7とを、絶縁基板40を挟んで配置できる。これにより、平滑コンデンサ7の取り付けが、2列3行に配列された半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wの配列状態に何ら影響を及ぼさないので、電力変換装置の大型化を抑制できる。
In the second embodiment, the extending directions of the
平滑コンデンサ7は、絶縁基板40を挟んで半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wと相対するように配置されている。これにより、半導体モジュール10U,10V,10W,20U,20V,20Wの上部空間を有効に活用でき、電力変換装置の小型化が図られる。
The smoothing
電源ライン38とグランドライン39との一部が平行となっているので、寄生インダクタンスが低くなり、半導体スイッチング素子のスイッチング時に発生するサージ電圧を抑制できる。これにより、耐圧の低い半導体スイッチング素子を使用することができ、低コスト化が図られる。
Since part of the
なお、上記実施の形態2では、銅板をプレス成形したバスバーからなる電源ライン38およびグランドライン39が貼り付けられた絶縁基板40を用いているが、絶縁基板40に代えて厚銅基板を用いてもよい。
In the second embodiment, the insulating
ここで、実施の形態1,2による電力変換装置は、例えば、電動パワーステアリング、電動ブレーキの二重三相モータの給電用として適用できる。電動ブレーキの二重三相モータは、前輪の左右に1つずつ配置される。そこで、電力変換装置を電動ブレーキの二重三相モータの給電用として用いる場合、電力変換装置も前輪の左右に1つずつ配置されることになる。 Here, the power converters according to the first and second embodiments can be applied, for example, for power supply to a dual three-phase motor for electric power steering and electric brake. The double three-phase motors of the electric brake are arranged one by one on the left and right of the front wheel. Therefore, when the power converters are used to supply power to the double three-phase motor of the electric brake, the power converters are also arranged one by one on the left and right of the front wheel.
なお、上記各実施の形態では、同じインバータを構成する3つの半導体モジュールが同じ列に配列されているが、同じインバータを構成する3つの半導体モジュールは、必ずしも同じ列に配列されなくてもよい。例えば、3つの半導体モジュール10U,20V,10Wが1列目に配列され、3つの半導体モジュール20U,10V,20Wが2列目に配列されてもよい。
また、上記各実施の形態では、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置について説明しているが、電力変換装置は、交流電力を直流電力に変換する用途に適用できる。
In the above embodiments, the three semiconductor modules forming the same inverter are arranged in the same column. However, the three semiconductor modules forming the same inverter do not necessarily have to be arranged in the same column. For example, three
Further, in each of the above-described embodiments, the power converter that converts DC power into AC power is described. However, the power converter can be applied to an application that converts AC power into DC power.
5 第1インバータ、6 第2インバータ、7 平滑コンデンサ、7a 端子、9 サーミスタ(温度センサ)、10U、10V,10W,20U,20V,20W 半導体モジュール、11U1 U1相上アーム、12U1 U1相下アーム、13V1 V1相上アーム、14V1 V1相下アーム、15W1 W1相上アーム、16W1 W1相下アーム、21U2 U2相上アーム、22U2 U2相下アーム、23V2 V2相上アーム、24V2 V2相下アーム、25W2 W2相上アーム、26W2 W2相下アーム、30 ヒートシンク、30a 基部、30b 放熱フィン、31 ねじ(固定部材)、32a 第1板ばね(固定部材)、32b 第2板ばね(固定部材)、33 ねじ(固定部材)、38 電源ライン(バスバー)、39 グランドライン(バスバー)。 5 first inverter, 6 second inverter, 7 smoothing capacitor, 7a terminal, 9 thermistor (temperature sensor), 10U, 10V, 10W, 20U, 20V, 20W semiconductor module, 11U1 U1 phase upper arm, 12U1 U1 phase lower arm, 13V1 V1 phase upper arm, 14V1 V1 phase lower arm, 15W1 W1 phase upper arm, 16W1 W1 phase lower arm, 21U2 U2 phase upper arm, 22U2 U2 phase lower arm, 23V2 V2 phase upper arm, 24V2 V2 phase lower arm, 25W2 W2 Upper phase arm, 26W2 Lower phase arm of W2, 30 heat sink, 30a base, 30b radiation fin, 31 screw (fixing member), 32a first leaf spring (fixing member), 32b second leaf spring (fixing member), 33 screw ( Fixing member), 38 power supply line (bus bar), 39 g -Line (bus bar).
Claims (9)
上記6つの半導体モジュールは、直列に接続された上記インバータ用上アームと上記インバータ用下アームとの配列方向である列方向に互いに離れて、かつ当該配列方向と直交する方向である行方向に互いに離れて、2列3行に配列され、
温度センサが、2列3行に配列された上記6つの半導体モジュールの列間と行間との2つの交差領域のそれぞれに配置されている電力変換装置。 Comprising six semiconductor modules sealed with an insulating resin in a state where the inverter upper arm and the inverter lower arm are connected in series,
The six semiconductor modules are separated from each other in a column direction, which is an arrangement direction of the inverter upper arm and the inverter lower arm, connected in series, and are mutually separated in a row direction , which is a direction orthogonal to the arrangement direction. Apart, arranged in two columns and three rows,
A power converter in which a temperature sensor is arranged in each of two intersection regions between columns and rows of the six semiconductor modules arranged in two columns and three rows.
上記6つの半導体モジュールの端子の延び出し方向が、上記放熱フィンの突出方向と平行、かつ逆方向である請求項5記載の電力変換装置。 The heat radiation fins project perpendicularly from a surface of the heat sink opposite to the fixing surface,
The power converter according to claim 5, wherein the extending directions of the terminals of the six semiconductor modules are parallel to and opposite to the projecting direction of the radiation fins.
上記平滑コンデンサの端子の延び出し方向と、上記6つの半導体モジュールの電源端子およびマイナス側端子の延び出し方向とが、対向している請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 It further includes a smoothing capacitor,
The electric power according to any one of claims 1 to 6, wherein a direction in which the terminal of the smoothing capacitor extends and a direction in which the power supply terminal and the negative terminal of the six semiconductor modules extend are opposite to each other. Conversion device.
上記電源用バスバーと上記グランド用バスバーとの一部が平行に配置されている請求項7記載の電力変換装置。 A terminal of the smoothing capacitor, a power terminal and a negative terminal of the six semiconductor modules are electrically connected via a power bus bar and a ground bus bar,
The power converter according to claim 7, wherein a part of the power bus bar and a part of the ground bus bar are arranged in parallel.
3つの直列接続された第2インバータ用上アームおよび第2インバータ用下アームが絶縁性樹脂で封止され、3つの上記直列接続された第2インバータ用上アームおよび第2インバータ用下アームが、上記直列接続された第2インバータ用上アームおよび第2インバータ用下アームの配列方向に、互いに離れて、1列に配列されている第2半導体モジュールと、を備え、
3つの上記直列接続された第1インバータ用上アームおよび第1インバータ用下アームと、3つの上記直列接続された第2インバータ用上アームおよび第2インバータ用下アームとは、2列3行に配列されており、
温度センサが、2列3行に配列された3つの上記直列接続された第1インバータ用上アームおよび第1インバータ用下アームと、3つの上記直列接続された第2インバータ用上アームおよび第2インバータ用下アームとの列間と行間との2つの交差領域のそれぞれに配置されている電力変換装置。 The three serially-connected first inverter upper arms and the first inverter lower arm are sealed with an insulating resin, and the three serially-connected first inverter upper arms and first inverter lower arms are: A first semiconductor module which is arranged in a row apart from each other in an arrangement direction of the first inverter upper arm and the first inverter lower arm connected in series;
The three series-connected second inverter upper arms and the second inverter lower arm are sealed with an insulating resin, and the three series-connected second inverter upper arms and the second inverter lower arms are formed as follows. A second semiconductor module arranged in a row in a direction away from each other in an arrangement direction of the second inverter upper arm and the second inverter lower arm connected in series;
The three serially connected upper arms for the first inverter and the lower arm for the first inverter, and the three serially connected upper arms for the second inverter and the lower arm for the second inverter are arranged in two columns and three rows. Are arranged,
Temperature sensors are arranged in two columns and three rows, three series-connected first inverter upper arms and first inverter lower arms, and three series-connected second inverter upper arms and second series. A power conversion device arranged in each of two intersection regions between a column and a row with a lower arm for an inverter.
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